JP4039349B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_xトラップ触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯ_xトラップ触媒上流の排気通路から排気ガスを取込んでこの排気ガス中に燃料を供給することにより燃料を改質するようにした改質装置を具備し、ＮＯ_xトラップ触媒にトラップされているＮＯ_x量を推定し、ＮＯ_xトラップ触媒にトラップされているＮＯ_xを還元すべきときにはＮＯ_xトラップ触媒にトラップされていると推定されるＮＯ_xを還元するのに必要な量の改質燃料をＮＯ_xトラップ触媒に送り込むようにした内燃機関が公知である（特許文献１を参照）。
特開２００２−１６１７３５号公報

ところで機関排気通路内に炭化水素を改質することのできる改質触媒を配置し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵触媒を改質触媒下流の機関排気通路内に配置し、ＮＯ_x吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯ_xを放出すべきときには排気ガスの空燃比がリッチにされ、このとき排気ガス中に含まれる炭化水素が改質触媒により改質されるようにした場合には、機関の運転状態に応じて炭化水素の改質の程度が異なるために上述の公知の内燃機関におけるＮＯ_xの還元と同様な方法でもってＳＯ_xをＮＯ_x吸蔵触媒から放出させることはできない。

即ち、改質触媒における炭化水素の改質率が高いほどＮＯ_x吸蔵触媒からのＳＯ_xの放出量が増大し、ＳＯ_xの放出に要する時間、即ちＮＯ_x吸蔵触媒の再生期間が短かくなる。ところで、排気ガス量が少なくなるほど炭化水素と改質触媒との接触時間が長くなるため炭化水素の改質率が高くなり、従ってこの点からみるとＮＯ_x吸蔵触媒の再生期間は排気ガス量が少なくなるにつれて短かくなる。

一方、単位時間当りにＮＯ_x吸蔵触媒に送り込まれる炭化水素の量が少なくなるほどＮＯ_x吸蔵触媒からのＳＯ_x放出量は減少し、ＮＯ_x吸蔵触媒の再生期間が長くなる。この場合、排気ガス量が少なくなるほどＮＯ_x吸蔵触媒に送り込まれる炭化水素の量が少なくなり、この点からみるとＮＯ_x吸蔵触媒の再生期間は排気ガス量が少なくなるにつれて長くなる。このようにＳＯ_xの再生期間は排気ガス量に依存しており、従ってＮＯ_x吸蔵触媒からＳＯ_xを放出させるに当っては排気ガス量を考慮しなければならないことになる。

従って本発明では、機関排気通路内に炭化水素を改質することのできる改質触媒を配置し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵触媒を改質触媒下流の機関排気通路内に配置し、ＮＯ_x吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯ_x量が予め定められた許容値を越えたときにＮＯ_x吸蔵触媒からＳＯ_xを放出させてＮＯ_x吸蔵触媒を再生させるのに必要な再生期間中、ＮＯ_x吸蔵触媒の温度をＳＯ_x放出温度に維持すると共に排気ガスの空燃比をリッチに維持するようにした内燃機関の排気浄化装置において、排気ガス量を推定する排気ガス量推定手段と、排気ガス量と再生期間との関係を記憶している記憶手段とを具備し、この関係から求められた再生期間中、ＮＯ_x吸蔵触媒の温度をＳＯ_x放出温度に維持すると共に排気ガスの空燃比をリッチに維持するようにし、排気ガス量を最小排気ガス量から増大させると、再生期間は減少して最小値に達した後に増大する。

ＮＯ_x吸蔵触媒の再生期間を適切に定めることができる。

図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド５の集合部は排気通路１２を介して排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、この排気通路１２内に排気ガス中に含まれる炭化水素を軽質のＨＣや、ＣＯや、Ｈ₂に改質することができる改質触媒１３が配置される。この改質触媒１３は例えば金属薄板からなる担体上に白金Ｐｔのような貴金属触媒を担持した酸化触媒からなる。また、排気タービン７ｂ下流の排気通路１４内には改質触媒１３よりも容量の大きい第２の触媒１５が配置されている。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１６内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１７が配置される。また、ＥＧＲ通路１６周りにはＥＧＲ通路１６内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１９を介してコモンレール２０に連結される。このコモンレール２０内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２１から燃料が供給され、コモンレール２０内に供給された燃料は各燃料供給管１９を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。吸入空気量検出器８は吸入空気量を表す出力信号を発生し、この出力信号が対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。改質触媒１３には改質触媒１３の温度を検出するための温度センサ２２が取付けられ、この温度センサ２２の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁駆動用ステップモータ１０、ＥＧＲ制御弁１７、および燃料ポンプ２１に接続される。

図１に示す実施例では第２の触媒１５がＮＯ_x吸蔵触媒からなる。このＮＯ_x吸蔵触媒１５は三次元網目構造のモノリス担体或いはペレット状担体上に担持されているか、又はハニカム構造をなすパティキュレートフィルタ上に担持されている。

モノリス担体、ペレット状担体、或いはパティキュレートフィルタ上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図２（Ａ）および（Ｂ）はこの触媒担体４５の表面部分の断面を図解的に示している。図２（Ａ）および（Ｂ）に示されるように触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯ_x吸収剤４７の層が形成されている。

本発明による実施例では貴金属触媒４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯ_x吸収剤４７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。

機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯ_x吸蔵触媒１５上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称するとＮＯ_x吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_xを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_xを放出するＮＯ_xの吸放出作用を行う。なお、ＮＯ_x吸蔵触媒１５上流の排気通路内に燃料（炭化水素）或いは空気が供給されない場合には排気ガスの空燃比は燃焼室２内における空燃比に一致し、従ってこの場合にはＮＯ_x吸収剤４７は燃焼室２内における空燃比がリーンのときにはＮＯ_xを吸収し、燃焼室２内における酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_xを放出することになる。

即ち、ＮＯ_x吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図２（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ₂となり、次いでＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯ_x吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯ_x吸収剤４７のＮＯ_x吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

これに対し、燃焼室２内における空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすることによって、又は排気マニホルド５内に還元剤を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くして図２（Ｂ）に示されるようにＮＯ_x吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯ_x吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯ_xは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。

このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯ_x吸収剤４７のＮＯ_x吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯ_x吸収剤４７によりＮＯ_xを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではＮＯ_x吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xを放出させるようにしている。

一方、排気ガス中にはＳＯ₂も含まれており、このＳＯ₂は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ₃となる。次いでこのＳＯ₃はＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＮＯ_x吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ₄を生成する。しかしながらＮＯ_x吸収剤４７が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ₄は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ₄は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯ_x吸収剤４７内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ₄が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯ_x吸収剤４７が吸収しうるＮＯ_x量が低下することになる。

ところが、ＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度をＳＯ_x放出温度まで上昇させた状態で排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯ_x吸収剤４７からＳＯ_xが放出される。従って本発明による実施例ではＮＯ_x吸収剤４７に吸収されているＳＯ_x量が増大したときにはＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度をＳＯ_x放出温度まで上昇させて排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。

図３はＮＯ_xおよびＳＯ_xの放出制御のタイムチャートを示している。図３に示されるようにＮＯ_x吸収剤４７に吸収されているＮＯ_x吸収量の積算値ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越える毎にＮＯ_x吸蔵触媒１５に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに一時的に切換えられる。このときＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７から放出され、還元される。

一方、ＮＯ_x吸収剤４７に吸収されているＳＯ_x量の積算値ΣＳＯＸも算出されており、このＳＯ_x量の積算値ΣＳＯＸが許容値ＳＸを越えるとＮＯ_x吸収剤４７からのＳＯ_x放出作用が行われる。即ち、まず初めにＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣがＳＯ_x放出温度ＴＸに達するまで上昇せしめられる。このＳＯ_x放出温度ＴＸは６００℃以上である。

ＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣがＳＯ_x放出温度ＴＸに達するとＮＯ_x吸蔵触媒１５に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられ、ＮＯ_x吸収剤４７からのＳＯ_xの放出が開始される。ＳＯ_xが放出されている間、ＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣはＳＯ_x放出温度ＴＸに保持され、排気ガスの空燃比はリッチに維持される。次いでＳＯ_x放出作用が完了するとＮＯ_x吸蔵触媒１５の昇温作用は停止され、排気ガスの空燃比がリーンに戻される。

上述したようにＮＯ_x吸蔵触媒１５からＳＯ_xを放出すべきときにはＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度がＳＯ_x放出温度ＴＸに達するまで上昇せしめられる。次にこのようにＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣを上昇させる方法について図４を参照しつつ説明する。

ＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣを上昇させるのに有効な方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Ｑ_mは図４において、（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図４の（II）に示されるように主燃料Ｑ_mの噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温が上昇する。排気ガス温が高くなるとそれに伴ってＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣが上昇する。

また、ＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣを上昇させるために図４の（III）に示されるように主燃料Ｑ_mに加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑ_vを噴射することもできる。このように補助燃料Ｑ_vを追加的に噴射すると補助燃料Ｑ_v分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温が上昇し、斯くしてＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣが上昇する。
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑ_vを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑ_vからアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑ_mの反応が加速される。従ってこの場合には図４の（III）に示されるように主燃料Ｑ_mの噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑ_mの噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣをすみやかに上昇させることができる。

また、ＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣを上昇させるために図４の（IV）に示されるように主燃料Ｑ_mに加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑ_pを噴射することもできる。即ち、この場合、大部分の補助燃料Ｑ_pは燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出される。この未燃ＨＣはＮＯ_x吸蔵触媒１５上において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣが上昇せしめられる。

図５は、ＮＯ_x吸蔵触媒１５からＳＯ_xを放出させてＮＯ_x吸蔵触媒１５を再生させるのに必要な再生期間Ｒ_tと空間速度ＳＶとの関係を示している。なお、図５において太い実線は改質触媒１３が基準温度である場合を示しており、細い実線は改質触媒１３の温度が基準温度よりも高い場合を示している。また、図５において各破線Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄は改質触媒１３における改質率が等しい等改質率曲線を表わしており、Ｒ₁からＲ₄に向けて改質率が次第に高くなる（Ｒ₁＜Ｒ₂＜Ｒ₃＜Ｒ₄）。

空間速度ＳＶは（単位時間当りに触媒を流通する排気ガスの容積流量／触媒の容積）で表される。本発明による実施例ではいずれの触媒１３，１５における空間速度ＳＶを用いても再生期間の変化パターンは同様の形状となるので図５の横軸としてはいずれの触媒１３，１５における空間速度ＳＶを用いてもよい。なお、触媒１３，１５の容積は一定であるので空間速度ＳＶは排気ガスの容積流量で代表することができ、従って図５は排気ガスの容積流量（以下、単に排気ガス量という）と再生期間Ｒ_tとの関係を示しているとも言える。なお、排気ガス量はほぼ吸入空気量に比例するので吸入空気量検出器８により検出された吸入空気量から排気ガス量を推定することができる。

太い実線上の白丸は改質率Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄ を表す各破線との交点を示している。従って各白丸に注目すると空間速度ＳＶが低くなるほど、即ち排気ガス量が少なくなるほど改質率が高くなっていくことがわかる（Ｒ₁→Ｒ₂→Ｒ₃→Ｒ₄）。即ち、空間速度ＳＶが低くなるほど、即ち排気ガス量が少なくなるほど排気ガス中に含まれる炭化水素と改質触媒１３との接触時間が長くなり、従って空間速度ＳＶが低くなるほど改質率が高くなる。

このように空間速度ＳＶが低くなると改質率が高くなるが図５の白丸からわかるように改質率が高くなっても必ずしも再生期間Ｒ_tは短かくはならない。これはＮＯ_x吸蔵触媒１５に送り込まれる炭化水素の絶対量がＳＯ_xの放出量に大きな影響を与えるからである。即ち、ＮＯ_x吸蔵触媒１５に送り込まれる炭化水素の絶対量が多くなるほどＳＯ_xの放出量が多くなるからである。この場合、ＮＯ_x吸蔵触媒１５に送り込まれる炭化水素の量は空間速度ＳＶ、即ち排気ガス量に比例し、空間速度ＳＶが高くなるほど、即ち排気ガス量が増大するほどＳＯ_xの放出量が多くなる。

このように空間速度ＳＶが高くなるほど、即ち排気ガス量が増大するほどＳＯ_xの放出量が増大するので再生期間Ｒ_tは短かくなるはずである。しかしながら空間速度ＳＶが高くなると、即ち排気ガス量が増大すると改質率が低下するので図５に示されるように排気ガス量を最小排気ガス量から増大させると、再生期間Ｒ_tは減少して最小値に達した後に増大することになる。即ち、再生期間Ｒ_tの変化は下に凸の曲線で表されることになる。

また、図５において細い実線で示されるように改質触媒１３の温度が高い場合には再生期間Ｒ_tはあらゆる空間速度ＳＶに対して短かくなる。なお、本発明による実施例では改質触媒１５の種々の温度について再生期間Ｒ_tと排気ガス量との関係が予めＲＯＭ３２内に記憶されている。また、図５は排気ガスのリッチの度合が基準度合のとき、例えば排気ガスの空燃比が１４．０のときの再生期間Ｒ_tを示している。排気ガスの空燃比をリッチにしたときにはリッチの度合が大きくなるほど、即ち空燃比Ａ／Ｆが小さくなるほど再生期間Ｒ_tは短かくなり、実際の再生期間Ｒ_tは図５から求められた再生期間Ｒ_tに図６に示される補正係数Ｋを乗算した値となる。

図５および図６を用いて実際の再生期間Ｒ_tが求まると機関が定常運転をしているときであればこの再生期間Ｒ_tだけＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度をＳＯ_x放出温度ＴＸに保持しかつ排気ガスの空燃比をリッチに維持すればＮＯ_x吸蔵触媒１５を再生することができる。しかしながら実際には再生中に機関の運転状態が変化し、排気ガス量や改質触媒１３の温度が変化する。従って本発明による実施例では次のようにして再生が完了したか否かを判断するようにしている。

即ち、今或る運転状態が継続していてこの運転状態のときの再生期間をＲ_tとする。この運転状態がΔｔ時間継続すればこの間にΔｔ／Ｒ_tだけ再生が完了したことになる。従って順次行われる運転状態において夫々再生割合Δｔ／Ｒ_tを求め、この再生割合Δｔ／Ｒ_tを順次積算して再生割合Δｔ／Ｒ_tの積算合計を求め、この積算合計が１．０になると全てのＳＯ_xが放出されたことになる。従って再生割合Δｔ／Ｒ_tの積算合計が１．０になったときに再生期間が完了したと判断される。

図７にＮＯ_xおよびＳＯ_xの放出処理ルーチンを示す。
図７を参照するとまず初めにステップ５０においてＮＯ_x吸蔵触媒１５のＮＯ_x吸収剤４７に単位時間当り吸収されるＮＯ_x吸収量Ａが算出される。単位時間当りに機関から排出されるＮＯ_x量は要求トルクＴＱと機関回転数Ｎの関数であり、従って単位時間当りにＮＯ_x吸収剤４７に吸収されるＮＯ_x吸収量Ａは要求トルクＴＱと機関回転数Ｎの関数となる。本発明による実施例では要求トルクＴＱと機関回転数Ｎに応じた単位時間当りのＮＯ_x吸収量Ａが予め実験により求められており、このＮＯ_x吸収量Ａが要求トルクＴＱと機関回転数Ｎの関数として図８に示すようにマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

次いでステップ５１ではＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸにＡが加算される。次いでステップ５２ではＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＮＸになるとステップ５３に進み、排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリッチ処理が行われる。このときＮＯ_xがＮＯ_x吸蔵触媒１５から放出される。次いでステップ５４ではΣＮＯＸがクリアされる。

次いでステップ５５では燃料噴射量Ｑに定数ｋＫを乗算した値ｋＫ・ＱがΣＳＯＸに加算される。燃料中には一定量のイオウが含まれており、従って単位時間当りにＮＯ_x吸蔵触媒１５に吸蔵されるＳＯ_x量はｋＫ・Ｑで表わすことができる。従ってｋＫ・ＱにΣＳＯＸを加算することによって得られるΣＳＯＸはＮＯ_x吸蔵触媒１５に吸蔵されたＳＯ_x量の積算値を表わしている。次いでステップ５６ではＳＯ_x量の積算値ΣＳＯＸが許容値ＳＸを越えたか否かが判別される。ΣＳＯＸ≦ＳＸのときには処理サイクルを完了し、ΣＳＯＸ＞ＳＸになるとステップ５７に進んでＳＯ_x放出処理が行われる。このＳＯ_x放出処理を行うためのルーチンが図９に示されている。

図９を参照するとまず初めにステップ６０においてＮＯ_x吸蔵触媒１５の昇温制御が行われる。次いでステップ６１ではＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣがＳＯ_x放出温度ＴＸ以上であるか否かが判別される。ＴＣ＜ＴＸのときにはステップ６０に戻る。一方、ＴＣ≧ＴＸになると、即ちＮＯ_x吸蔵触媒１５の温度ＴＣがＳＯ_x放出温度ＴＸ以上になるとステップ６２に進んでＳＯ_xの放出作用が開始される。

即ち、ステップ６２では排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ処理が行われ、それによってＳＯ_xの放出作用が開始される。次いでステップ６３では予め定められた一定時間Δｔが経過したか否かが判別される。一定時間Δｔが経過していないときにはステップ６３に戻り、一定時間Δｔが経過したときにはステップ６４に進む。即ち、Δｔ時間が経過する毎にステップ６４に進む。

ステップ６４では吸入空気量検出器８により検出された吸入空気量から空間速度ＳＶが算出される。次いでステップ６５ではこの空間速度ＳＶと温度センサ２２により検出された改質触媒１３の温度とに基づいて図５に示す関係から排気ガス量に応じた再生期間Ｒ_tが算出される。次いでステップ６６では図６から空燃比Ａ／Ｆに応じた補正係数Ｋが求められ、この補正係数Ｋを再生期間Ｒ_tに乗算することによって最終的な再生期間Ｒ_tが算出される。

次いでステップ６７では一定時間Δｔを再生期間Ｒ_tで除した値、即ちΔｔ時間経過する間にＮＯ_x吸蔵触媒１５を再生した割合（Δｔ／Ｒ_t）が算出され、この再生割合（Δｔ／Ｒ_t）がΣ（Δｔ／Ｒ_t）に加算される。従ってΣ（Δｔ／Ｒ_t）は再生割合（Δｔ／Ｒ_t）の積算合計を表している。次いでステップ６８において再生割合の積算合計Σ（Δｔ／Ｒ_t）が１．０に達したか否かが判別される。Σ（Δｔ／Ｒ_t）＜１．０のときにはステップ６３に戻り、Σ（Δｔ／Ｒ_t）≧１．０となるとステップ６９に進んでＳＯ_xの放出作用が停止される。即ち、ステップ６９において昇温制御およびリッチ処理が停止され、次いでステップ７０においてΣＳＯＸおよびΣ（Δｔ／Ｒ_t）がクリアされる。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。 ＮＯ_xの吸放出作用を説明するための図である。 ＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸ、ＳＯ_x吸収量ΣＳＯＸ等を示すタイムチャートである。 噴射制御を示す図である。 再生期間Ｒ_tと空間速度ＳＶの関係を示す図である。 補正係数Ｋを示す図である。 ＮＯ_x、ＳＯ_x放出処理を行うためのフローチャートである。 ＮＯ_x吸収量のマップを示す図である。 ＳＯ_x放出処理を行うためのフローチャートである。

符号の説明

５…排気マニホルド
１３…改質触媒
１５…ＮＯ_x吸蔵触媒

Claims (4)

1. 機関排気通路内に炭化水素を改質することのできる改質触媒を配置し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵触媒を該改質触媒下流の機関排気通路内に配置し、該ＮＯ_x吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯ_x量が予め定められた許容値を越えたときにＮＯ_x吸蔵触媒からＳＯ_xを放出させてＮＯ_x吸蔵触媒を再生させるのに必要な再生期間中、ＮＯ_x吸蔵触媒の温度をＳＯ_x放出温度に維持すると共に排気ガスの空燃比をリッチに維持するようにした内燃機関の排気浄化装置において、排気ガス量を推定する排気ガス量推定手段と、排気ガス量と再生期間との関係を記憶している記憶手段とを具備し、該関係から求められた再生期間中、ＮＯ_x吸蔵触媒の温度をＳＯ_x放出温度に維持すると共に排気ガスの空燃比をリッチに維持するようにし、排気ガス量を最小排気ガス量から増大させると、上記再生期間は減少して最小値に達した後に増大する内燃機関の排気浄化装置。
2. 再生期間中に上記関係に基づいて各排気ガス量におけるＮＯ_x吸蔵触媒の再生割合を求め、求められた再生割合を順次積算して再生割合の積算合計が１．０になったときに再生期間が完了したと判断される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 排気ガス温が高いほど再生期間は短かくなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 排気ガスの空燃比のリッチの度合が大きいほど再生期間は短かくなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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